在上一期的“航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)發(fā)展綜述（一）”中，我們主要介紹了MIL-STD-1553B、ARINC429、RS485及CAN等部分航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)，本期將針對(duì)AFDX、TTE、Ethernet及FC總線等通信速率達(dá)到百兆以上的高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、AFDX總線技術(shù)

航空電子全雙工交換以太網(wǎng)（AFDX:Avionics Full-Duplex Switched Ethernet）就是基于標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802、3以太網(wǎng)技術(shù)與ARINC664 Part7）定義的電子協(xié)議規(guī)范，主要用于實(shí)現(xiàn)航空子系統(tǒng)之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換。AFDX就是通過航空電子委員會(huì)審議的新一代機(jī)載以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，AFDX允許連接到其他標(biāo)準(zhǔn)總線如ARINC429與MIL-STD-1553B等，并允許通過網(wǎng)關(guān)與路由與其他的適應(yīng)ARINC664但非確定的網(wǎng)絡(luò)通訊。AFDX就是大型運(yùn)輸機(jī)與民用機(jī)載電子系統(tǒng)綜合化互聯(lián)的解決方案。

AFDX的傳輸速率可達(dá)1000Mpbs，傳輸介質(zhì)為銅制電纜或光纖。AFDX中沒有總線控制器，不存在1553B中集中控制的問題。同時(shí)，AFDX采用接入交換式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使它的覆蓋范圍與可支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了1553B總線。

AFDX的主要特點(diǎn)如下：

（1）全雙工：物理層的連接介質(zhì)就是兩個(gè)雙絞線對(duì)，一對(duì)用于接收，另一對(duì)用于發(fā)送；

（2）交換式網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)連接采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)交換機(jī)最多可連接24個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，交換機(jī)可以級(jí)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

（3）確定性：網(wǎng)絡(luò)采用點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過使用虛連接以保證帶寬。

（4）冗余：雙重網(wǎng)絡(luò)提供了更高的可靠性。

（5）網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可選擇10Mbps、100Mbps和1000Mbps

空中客車公司在最新研制的A380飛機(jī)上就率先采用AFDX總線，同時(shí)波音公司在最新研制的787與747-400ER飛機(jī)中也采用了AFDX作為機(jī)載數(shù)據(jù)總線。

二、TTE

時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)（TTE，Time-Triggered-Ethernet），即以時(shí)間觸發(fā)代替事件觸發(fā)，將通信任務(wù)通過合理的調(diào)度定時(shí)觸發(fā)發(fā)送。時(shí)間觸發(fā)概念的提出，其目的就是在于通過全局時(shí)鐘精確同步，可有效避免數(shù)據(jù)幀征用物理鏈路，保證通信延遲與時(shí)間偏移的確定性。時(shí)間觸發(fā)與事件觸發(fā)相比在系統(tǒng)確定性、資源損耗、可靠性、實(shí)時(shí)性上有很大優(yōu)勢。

TTE總線技術(shù)具有高數(shù)據(jù)量、高實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，能適應(yīng)分布式綜合模塊化航空電子架構(gòu)的發(fā)展。

TTE網(wǎng)絡(luò)就是在標(biāo)準(zhǔn)IEEE802、3以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的時(shí)間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可作為完全分布的、嚴(yán)格確定性的安全關(guān)鍵性計(jì)算及聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，目前支持100Mb/s與1000Mb/s速率，10000Mb/s速率的TTE網(wǎng)絡(luò)也在開發(fā)過程中。

TTE總線技術(shù)兼容了時(shí)間觸發(fā)協(xié)議與以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，能夠在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上兼容普通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流、AFDX數(shù)據(jù)流與TTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，具備更高的安全性與強(qiáng)有力的容錯(cuò)機(jī)制，擁有非常廣闊的應(yīng)用前景，有望作為AFDX互連的子集，在大中型飛機(jī)的綜合化互聯(lián)中扮演重要角色。目前，美國航天局已將TTE的一些技術(shù)應(yīng)用在了獵戶座載人探索飛行器上（Orion Crew Exploration Vehicle）。

三、Ethernet

在地面局域網(wǎng)中，以太網(wǎng)就是首選的局域互連技術(shù)，速率從百兆到千兆，正向萬兆以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。Ethernet來源于商業(yè)應(yīng)用，雖沒有軍品級(jí)器件，但商業(yè)支持非常強(qiáng)，被NASA推薦為將來可在空間應(yīng)用的總線之一。國際空間站與一些小衛(wèi)星上已采用過這種總線。

目前，用于解決地面局域網(wǎng)寬帶接入問題的就是無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（passive optical network，簡稱“PON”），近十年來隨著光通信技術(shù)的成熟，PON技術(shù)開始走上了大規(guī)模的應(yīng)用，可解決接入網(wǎng)的帶寬瓶頸問題。其傳輸速率支持上下行對(duì)等1.25Gbps或下行2.5Gbps、上行1.25Gbps，目前最高支持上下對(duì)等10Gbps的帶寬；PON技術(shù)就是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，下行方向（網(wǎng)絡(luò)到用戶）采用TDM廣播機(jī)制，上行（用戶到網(wǎng)絡(luò)）采用TDMA復(fù)用方式，因此下行方向具有共享媒介的特性；并采用單模光纖作為傳輸介質(zhì)，傳輸距離最大可達(dá)10km~20km，采用無源光分路器取代了有源復(fù)用器或交換機(jī)，簡化了光纖分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)，提高了傳輸鏈路的可靠性，因此便于運(yùn)行、維護(hù)與管理并且成本低廉等特點(diǎn)。

不論在國內(nèi)還是國外，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢都在大規(guī)模商用，中國電信與中國聯(lián)通以EPON為主進(jìn)行接入網(wǎng)部署，日本與韓國當(dāng)前也均以EPON為主，北美與中東以GPON為主。EPON與GPON，尤其就是EPON在商用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)走向成熟。

四、FC總線

光纖通道（FiberChannel，簡稱FC）就是美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）的X3T11小組于1988年開始制定的高速串行傳輸協(xié)議，將計(jì)算機(jī)通道技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，具有全新概念的通信機(jī)制。FC采用通道技術(shù)控制信號(hào)傳輸，在共享介質(zhì)時(shí)采用基于仲裁或交換的信道共享沖突解決機(jī)制與基于信用（Credit）的流量控制策略，信道的傳輸效率較高，適用于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的應(yīng)用系統(tǒng)中。

光纖通道的高帶寬、低延遲、低誤碼率、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與服務(wù)類型、支持多種上層協(xié)議與底層傳輸介質(zhì)以及具有流量控制功能，使得它能夠很好地滿足未來航空電子系統(tǒng)互連的要求。美國在“寶石臺(tái)”與“寶石柱”計(jì)劃的基礎(chǔ)上，開展了JAST計(jì)劃研究，把統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)引入航電系統(tǒng)，并把FC作為統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的總線標(biāo)準(zhǔn)。

目前，光纖通道已應(yīng)用于美國航空電子的升級(jí)換代中，如：AH-64D“阿帕奇”、“長弓”式直升機(jī)中用于數(shù)字視頻接口與飛行試驗(yàn)與任務(wù)處理器的互連。B1-B中用于航空電子計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/傳輸設(shè)備間的互連。機(jī)載預(yù)警與控制系統(tǒng)“擴(kuò)展哨所”（AWACS Extendsentry）中用于構(gòu)成交換式網(wǎng)絡(luò)。美英下一代聯(lián)合攻擊機(jī)JSF的飛機(jī)管理系統(tǒng)、綜合RF與綜合核心處理機(jī)（ICP）三個(gè)子系統(tǒng)間的高速互連也采用了FC-AE作為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

五、高速數(shù)據(jù)總線對(duì)比

通過對(duì)以上高速數(shù)據(jù)總線的分析，民用航空領(lǐng)域主要就是AFDX，軍用航空領(lǐng)域主要以FC為主，同時(shí)也就是JAST計(jì)劃提出的“航空電子統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)”首選協(xié)議之一；基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是正在大規(guī)模商用與部署的地面寬帶接入技術(shù)；而基于以太網(wǎng)的TTE總線技術(shù)具有較為廣闊的應(yīng)用前景。具體性能比較如下表所示：

各種總線對(duì)比分析

六、結(jié)語

本文主要介紹了AFDX、TTE、Ethernet及FC總線等高速航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)。通過前面對(duì)航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)的簡要分析，F(xiàn)C技術(shù)由于其高速率、高可靠性、擴(kuò)展余度大、拓?fù)潇`活等特點(diǎn)，較其他總線技術(shù)更加適合航空航天數(shù)據(jù)通信的發(fā)展要求，應(yīng)該成為我國航空航天用數(shù)據(jù)總線的研究與關(guān)注焦點(diǎn)。